JP2012125670A - Polycrystalline silicon crushing device and method for manufacturing polycrystalline silicon crushed matter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体用シリコン等の原料である多結晶シリコンを塊状に破砕する装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物の製造方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for crushing polycrystalline silicon as a raw material such as silicon for semiconductors into a lump and a method for producing polycrystalline silicon crushed material using the crushing apparatus.
半導体チップに使用されるシリコンウエハは、例えばチョクラルスキー(CZ)法により製造された単結晶シリコンから作製される。そして、このCZ法による単結晶シリコンの製造には、例えば、シーメンス法によって棒状に形成された多結晶シリコンを塊状に破砕したものが用いられる。
この多結晶シリコンの破砕は、図11に示すように、多結晶シリコンのロッドRを数mm〜数cmの大きさの塊Cにするものであり、ロッドRを熱衝撃等によって適宜の大きさに砕いた後に、ハンマーで直接叩き割る方法が一般的であるが、作業者の負担が大きく、棒状の多結晶シリコンから所望の大きさの塊を得るには非効率である。
A silicon wafer used for a semiconductor chip is manufactured from, for example, single crystal silicon manufactured by the Czochralski (CZ) method. For the production of single crystal silicon by the CZ method, for example, a material obtained by crushing polycrystalline silicon formed into a rod shape by the Siemens method into a lump shape is used.
As shown in FIG. 11, the polycrystalline silicon is crushed by making the polycrystalline silicon rod R into a mass C having a size of several millimeters to several centimeters. The rod R is appropriately sized by thermal shock or the like. A method of directly crushing with a hammer after crushing is generally used, but the burden on the operator is large, and it is inefficient to obtain a lump of a desired size from rod-shaped polycrystalline silicon.
特許文献1には、棒状の多結晶シリコンをロールクラッシャーで破砕して塊状のシリコンを得る方法が開示されている。このロールクラッシャーは、一つのロールをハウジング内に収容したシングルロールクラッシャーであり、そのロール表面には複数の歯が形成され、これら歯とハウジングの内壁面との隙間に多結晶シリコンを挟むことによって連続的に衝撃を与えて棒状の多結晶シリコンを破砕する。 Patent Document 1 discloses a method of obtaining massive silicon by crushing rod-shaped polycrystalline silicon with a roll crusher. This roll crusher is a single roll crusher in which one roll is accommodated in a housing, and a plurality of teeth are formed on the roll surface, and polycrystalline silicon is sandwiched between gaps between these teeth and the inner wall surface of the housing. The rod-shaped polycrystalline silicon is crushed by applying a continuous impact.
一方、特許文献2及び特許文献3には、粗く破砕された塊状の多結晶シリコンを破砕する破砕装置が提案されている。これらの装置は、二つのロールを備え、各ロールの隙間に塊状の多結晶シリコンを挟んで破砕するダブルロールクラッシャーである。
On the other hand, Patent Document 2 and
ところで、この種のロールクラッシャーにおいては、特許文献1ではロールとハウジングの内壁面との間、特許文献2及び特許文献3では両ロールの間の間隙が、得られる破砕物の最大目的寸法として設定される。しかしながら、投入される多結晶シリコンは、定形であるとは限らず、特定の方向に細長い形状のものも存在する。そのような多結晶シリコンがロールの長さ方向に沿って投入されると、前述した間隙を通り抜けてしまう場合があり、間隙により定まる最大目的寸法より大きい多結晶シリコンが目的破砕物の中に混入するおそれがある。
By the way, in this kind of roll crusher, the gap between the roll and the inner wall surface of the housing in Patent Document 1 and the gap between both rolls in Patent Document 2 and
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、多結晶シリコンを所望の大きさの塊に破砕して、最大目的寸法の管理ができる、多結晶シリコンの破砕に適した装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, an apparatus suitable for crushing polycrystalline silicon, which can crush polycrystalline silicon into a lump of a desired size and manage the maximum target dimension, and the apparatus. It aims at providing the manufacturing method of the polycrystalline silicon crushed material using the crushing apparatus.
本発明の多結晶シリコンの破砕装置は、平行な軸線回りに互いに逆回転する一対のロール間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、両ロールの間隙の下方に、該間隙を通過する多結晶シリコンを受ける受け部材が設けられるとともに、該受け部材と各ロールとの対向間隔は前記間隙と同じか又はそれよりも小さく設定されていることを特徴とする。 A polycrystalline silicon crushing apparatus according to the present invention is a polycrystalline silicon crushing apparatus that crushes by crushing massive polycrystalline silicon between a pair of rolls rotating in opposite directions around a parallel axis. A receiving member that receives the polycrystalline silicon passing through the gap is provided below, and a facing interval between the receiving member and each roll is set to be equal to or smaller than the gap. .
ロールの間隙よりも大きい長さを有する細長い多結晶シリコンがロール間隙で破砕されずに、その間隙を通り抜けたとしても、ロールの下方で受け部材により受けられ、この受け部材の左右のいずれかに落下し、そのときに受け部材と各ロールとの対向間隔の間で破砕することができる。
この場合、得られる多結晶シリコンの最大目的寸法は、受け部材と各ロールとの対向間隔により設定しておけばよい。
Even if elongated polycrystalline silicon having a length larger than the gap between the rolls is not crushed in the roll gap and passes through the gap, it is received by the receiving member below the roll, and is attached to either the left or right side of the receiving member. It falls and can be crushed between the opposing space | intervals of a receiving member and each roll at that time.
In this case, the maximum target dimension of the obtained polycrystalline silicon may be set according to the facing distance between the receiving member and each roll.
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記受け部材は、各ロールとの対向部がロールの軸心に平行な軸を中心とする円弧面状に形成され、前記軸を中心に回動可能であるとよい。
受け部材のロールへの対向部が円弧面に形成され、回動可能であると、多結晶シリコンが押しつぶされることなく破砕され、微粉の発生を防止することができる。
In the polycrystalline silicon crushing device according to the present invention, the receiving member is formed in an arcuate surface centered on an axis parallel to the axis of the roll, and can be rotated about the axis. It is good to be.
If the facing portion of the receiving member facing the roll is formed on an arc surface and is rotatable, the polycrystalline silicon is crushed without being crushed, and generation of fine powder can be prevented.
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記ロールの外周面上に複数の破砕歯が半径方向外方に突出して設けられており、各破砕歯は、その先端面が球面状に形成されるとともに、側面が円錐面状又は円柱面状に形成されているとよい。 In the polycrystalline silicon crushing apparatus according to the present invention, a plurality of crushing teeth protrude radially outward on the outer peripheral surface of the roll, and each crushing tooth has a tip surface formed in a spherical shape. In addition, the side surface may be formed in a conical surface shape or a cylindrical surface shape.
この破砕装置では、ロールを回転しながら破砕歯によって多結晶シリコンを連続的に打撃して、効率良く破砕することができる。また、破砕歯の先端面が球面状に形成されていることから、破砕歯の先端と多結晶シリコンとは点接触状態となり、また、その破砕歯の側面も円錐面状又は円柱面状に形成されているので、破砕歯の側面が多結晶シリコンに接触する際には線接触状態となる。したがって、破砕歯と多結晶シリコンとは点接触又は線接触状態となるから、多結晶シリコンが破砕歯により押しつぶされて微細粉が生じることが防止される。 In this crushing apparatus, polycrystalline silicon can be continuously hit by crushing teeth while rotating the roll, and can be efficiently crushed. In addition, since the tip surface of the crushing tooth is formed in a spherical shape, the tip of the crushing tooth and the polycrystalline silicon are in a point contact state, and the side surface of the crushing tooth is also formed in a conical or cylindrical shape. Therefore, when the side surface of the crushing tooth comes into contact with the polycrystalline silicon, it is in a line contact state. Therefore, since the crushing teeth and the polycrystalline silicon are in a point contact or line contact state, it is prevented that the polycrystalline silicon is crushed by the crushing teeth and fine powder is generated.
本発明の多結晶シリコン破砕物の製造方法は、前記破砕装置のいずれかを用いて多結晶シリコンの破砕物を製造することを特徴とする。 The method for producing a crushed polycrystalline silicon according to the present invention is characterized by producing a crushed polycrystalline silicon using any one of the crushing apparatuses.
本発明によれば、ロールの回転によって多結晶シリコンを連続的に効率良く破砕することができるとともに、ロールの間隙の下方に受け部材を設けたので、細長い多結晶シリコンがロールの間隙を通り抜けて落下してしまうことがなく、最大目的寸法を超えた破砕物の混入を高い確率で防止できる。 According to the present invention, since the polycrystalline silicon can be continuously and efficiently crushed by the rotation of the roll, and the receiving member is provided below the gap of the roll, the elongated polycrystalline silicon passes through the gap of the roll. There is no possibility of falling and mixing of crushed material exceeding the maximum target dimension can be prevented with high probability.
以下、本発明に係る多結晶シリコンの破砕装置及びその破砕装置を用いた多結晶シリコン破砕物の製造方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態の破砕装置1は、ハウジング(図示略)内に、図1に示すように、二つの主ロール3がその回転軸線を水平方向に向けて平行に配置されているとともに、これら主ロール3の間隙G1の下方に、主ロール3の回転軸線と平行な軸線の副ロール4(受け部材)が設けられている。これらロール3,4は、図1及び図2に示すように、外周面に複数の破砕歯5が半径方向外方に向けて突設されている。この場合、各ロール3,4の外周面は、図3に示すように、均一な円弧面ではなく、軸方向に沿う長尺な平坦面6を周方向に連結して構成された多面体状に形成されており、各平坦面6の両端部にねじ穴7が設けられ、これら平坦面6に、図4に示す破砕歯ユニット8が一つずつ固定されている。
Hereinafter, embodiments of a polycrystalline silicon crushing apparatus and a method for producing a polycrystalline silicon crushed material using the crushing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In the crushing apparatus 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, two
また、主ロール3及び副ロール4とも同じ形状、寸法の破砕歯ユニット8が取り付けられているが、二つの主ロール3は同一の直径に形成され、同じ個数の破砕歯ユニット8が取り付けられているのに対して、副ロール4は、主ロール3よりも小さい直径に形成され、その分、破砕歯ユニット8の取り付け個数も少なくなっている。また、主ロール3は、図示略の回転機構により相互に逆方向に回転駆動されるが、副ロール4は、回転自在な状態で支持されている。
Moreover, although the
破砕歯ユニット8は、図4及び図5に示すように、ロール3,4の平坦面6に当接する短冊状の固定カバー11と、この固定カバー11に取り付けられる複数個の破砕歯5とから構成されている。
破砕歯5は、超硬合金又はシリコン材により、図6に示すように、柱状部13とその基端部で拡径する若干の厚さのつば部14とが一体に形成された形状とされている。柱状部13は、その先端面15が球面状に形成されるとともに、側面16が円柱面状に形成されている。つば部14は、円形板の両側部を柱状部13の長手方向と平行に切除した形状とされ、その切除した部分により、平面部17が180°反対向きに形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the crushing
As shown in FIG. 6, the crushing
また、固定カバー11は、ロール3,4の平坦面6と同じ幅、長さの短冊状に形成され、その長手方向に相互間隔をおいて破砕歯固定孔21が貫通状態に形成され、両端部にねじ挿通孔22が形成されている。これら破砕歯固定孔21は、図4に示すように、固定カバー11の厚さの半分までが破砕歯5の柱状部13の側面16に対応した断面円形の嵌合孔23とされ、残りの半分が破砕歯5のつば部14に対応して平面部24を有する拡径部25とされている。そして、破砕歯5は、固定カバー11の嵌合孔23に柱状部13を嵌合した状態でつば部14が拡径部25に嵌合し、固定カバー11の平面部24とつば部14の平面部17とが当接することにより、固定カバー11に回り止めされた状態に保持される。
The
この場合、この固定カバー11は拡径部25をロール3,4の表面に向け、嵌合孔23から破砕歯5の柱状部13を突出させた状態として、ロール3,4の各平坦面6に重ねられ、その両端部がねじ26によりロール表面に固定される。
また、各破砕歯ユニット8は、隣接する破砕歯ユニット8の破砕歯5がロール3,4の周方向に連続して並ばないように、図5に示すように、破砕歯5が千鳥状に配列した状態に取り付けられる。一方、二つの主ロール3の間では、図7に示すように、その対向部において主ロール3の破砕歯5の先端面15どうしが対向するように配置される。なお、この図7においては、千鳥状に配列されている破砕歯5のうち、同一円周上に配置される一列の破砕歯5を実線で示し、他の列の破砕歯5を二点鎖線で示している。
In this case, the fixed
Further, each crushing
そして、この実施形態では、破砕後の多結晶シリコンの塊(多結晶シリコン破砕物)の大きさ(最大目的寸法)として、最大辺の長さが5〜60mmのものを得るようにしており、その大きさの塊を得るために、各破砕歯5は、柱状部13の直径Dが10〜14mm、図7に示す固定カバー11の表面から破砕歯5の先端までの突出高さHが10〜30mmとされるとともに、主ロール3上において隣接する破砕歯5どうしの間隔L1が11〜35mmとされている。また、二つの主ロール3の対向部において、破砕歯5の先端面15どうしの対向する間隙G1が5〜30mmに設定される。
一方、副ロール4においては、図8に示すように、隣接する破砕歯どうしの間隔L2は11〜35mm、主ロール3との間の破砕歯の先端面どうしの対向間隙G2は3〜20に設定され、二つの主ロール3の間隙G1と同じか又はそれよりも小さく設定されている。
And in this embodiment, as the size (maximum target dimension) of the lump of polycrystalline silicon after crushing (polycrystalline silicon crushed material), the maximum side length of 5 to 60 mm is obtained, In order to obtain a lump of that size, each crushing
On the other hand, in the secondary roll 4, as shown in FIG. 8, the interval L2 between adjacent crushing teeth is 11 to 35 mm, and the opposing gap G2 between the front end surfaces of the crushing teeth between the
このように構成した破砕装置1を用いて多結晶シリコン破砕物を製造する場合、二つの主ロール3を回転させた状態で、予め粗く破砕した適宜の大きさの多結晶シリコンを主ロール3間に投入すると、二つの主ロール3の破砕歯5の間で多結晶シリコンがさらに破砕されて塊状に細分化される。
このとき、主ロール3の間隙G1よりも大きい長さを有する細長い多結晶シリコンが、二つの主ロール3の間を通り抜けたとしても、主ロール3の間隙G1の下方で副ロール4により受けることができる。そして、多結晶シリコンは、この副ロール4の左右のいずれかに落下し、副ロール4と主ロール3との対向間隔G2の間で破砕される。
上述したように、主ロール3を回転しながら破砕歯5によって多結晶シリコンを連続的に打撃して、効率良く破砕することができるので、多結晶シリコンを最大目的寸法以下の大きさに破砕することができる。
In the case of producing a crushed polycrystalline silicon using the crushing apparatus 1 configured as described above, an appropriate size of polycrystalline silicon that has been roughly crushed in advance between the
At this time, even if the elongated polycrystalline silicon having a length larger than the gap G1 between the
As described above, since the polycrystalline silicon can be continuously hit by the crushing
なお、各破砕歯5は、その先端面15が球面状に形成されているので、この先端面15と多結晶シリコンとは点接触となり、また、柱状部13の側面16が円柱面状に形成されているので、この側面16と多結晶シリコンとは点接触又は線接触となる。このため、多結晶シリコンに対して破砕歯5は点接触又は線接触状態で衝撃を付加するので、多結晶シリコンを面で押しつぶすようなことが低減される。
また、副ロール4は、主ロール3の回転軸線に平行な軸線を中心とする円弧面状に形成されるとともに、その軸線を中心に回動自在に支持されていることから、多結晶シリコンが押しつぶされることなく破砕され、微粉の発生を防止することができる。
Since each of the crushing
Further, since the sub roll 4 is formed in a circular arc shape centering on an axis parallel to the rotation axis of the
因みに、図9(a)に示すように、破砕歯35が角錐状に形成されている場合であると、(b)に示すように、両ロールで対向している破砕歯35の間に多結晶シリコンが挟まって破砕歯35の平面35aどうしの間で押しつぶされる場合があり、これが面接触となるため微細粉が生じる。図9に示す例では、破砕歯35の先端面35bも平坦面に形成されているため、この先端面35bによっても押しつぶされる。
このような平坦面を有する破砕歯では微細粉の発生を防ぐことは難しいが、本実施形態の破砕歯は、柱状部の先端が球面状で、側面が円柱面状に形成されているため、微細粉の発生を低減することができる。
Incidentally, as shown in FIG. 9A, when the crushing
Although it is difficult to prevent the generation of fine powder with a crushing tooth having such a flat surface, the crushing tooth of the present embodiment has a spherical shape at the tip of the columnar part and a side surface formed in a cylindrical shape. The generation of fine powder can be reduced.
また、この破砕装置1においては、破砕歯5を超硬合金又はシリコン材によって形成しているので、この破砕歯5から多結晶シリコンに不純物が混入することが防止される。一方、破砕歯ユニット8を固定するねじ26は一般には金属製のものが用いられるが、このねじ26は仕切り板31により多結晶シリコン破砕空間33の外方に配置されているため、多結晶シリコンに接触することがなくハウジング2もポリプロピレン等の樹脂製とされ、あるいはテトラフルオロエチレンのコーティングがなされているので、破砕途中の多結晶シリコンに不純物が混入することが防止される。したがって、この破砕装置1によれば、半導体原料用の多結晶シリコンとして高品質のものを得ることができる。
Moreover, in this crushing apparatus 1, since the crushing tooth |
さらに、本実施形態においては、個々の破砕歯5を固定カバー11により保持して破砕歯ユニット8を構成し、この破砕歯ユニット8をロール3の表面に固定しているので、一部の破砕歯5に欠損等が生じたとしても、その欠損が生じた破砕歯5のみを交換すればよく、その場合、破砕歯ユニット8はねじ止めによりロール3に固定されているとともに、破砕歯5は固定カバー11の破砕歯固定孔21に嵌合されているだけであり、その交換作業も容易である。この固定カバー11は強度確保のためにはステンレス鋼等により製作するのがよいが、その表面にポリプロピレンやテトラフルオロエチレン等の樹脂を被覆しておけば、多結晶シリコンと接触した場合でもコンタミを防止することができる。
Furthermore, in this embodiment, each crushing
図10は、破砕装置1に用いられる破砕歯の変形例を示している。いずれの破砕歯41,42も柱状部43とつば部24とを有する点は一実施形態の破砕歯5と同様であり、つば部24の形状も図6に示すものと同じである。これらの図において共通部分には同一符号を付している。
図10(a)に示す破砕歯41は、柱状部43の側面44a,44bがつば部24から長手方向の途中位置までは円柱面状に形成されるが、その途中位置よりも先端部分は円錐面状に形成され、先端面45は球面状に形成されている。この場合、円柱面状側面44aは柱状部43の長さの半分以下に形成され、円錐面状側面44bの方が円柱面状側面44aよりも長く形成されている。
また、図10(b)に示す破砕歯42は、図10(a)に示す破砕歯41に比べて柱状部43の円柱面状側面44aが長く形成され、柱状部43の長さの半分以上の長さに形成され、その分、円錐面状側面44bの長さが短く形成されている。
FIG. 10 shows a modified example of the crushing teeth used in the crushing device 1. Each crushing
In the crushing
Further, the crushing
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、両ロールの対向部で破砕歯の先端面どうしが対向するように配置したが、一方のロールの破砕歯が他方のロールの隣接する破砕歯の間に対向するように配置してもよい。
また、一実施形態で説明した破砕歯の対向間隔等の諸寸法は、必ずしもこれに限定されるものではない。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the said embodiment, although arrange | positioned so that the front end surface of a crushing tooth might oppose in the opposing part of both rolls, so that the crushing tooth of one roll may oppose between the crushing teeth which the other roll adjoins. You may arrange.
Moreover, various dimensions, such as the opposing space | interval of the crushing tooth demonstrated by one Embodiment, are not necessarily limited to this.
1 破砕装置
3 主ロール
4 副ロール
5 破砕歯
6 平坦面
7 ねじ穴
8 破砕歯ユニット
11 固定カバー
13 柱状部
14 つば部
15 先端面
16 側面
17 平面部
21 破砕歯固定孔
22 ねじ挿通孔
23 嵌合孔
24 平面部
25 拡径部
26 ねじ
41,42 破砕歯
43 柱状部
44a 円柱状側面
44b 円錐状側面
45 先端面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
A method for producing a crushed polycrystalline silicon product, comprising producing a crushed polycrystalline silicon product using the polycrystalline silicon crushing device according to claim 1.
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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